Com o rápido avanço da IoT tecnologia, um número excepcional de cenários de IoT surgiu, juntamente com o lançamento de vários sistemas de comunicação IoT. Esses sistemas IoT variam de Internet das coisas de banda estreita (NB-IoT), Evolução a Longo Prazo-Categoria M1 (LTE-M), Wi-SUN, e Sigfox. O mercado agora está fervilhando com várias alianças de tecnologia e promoção competindo entre si para estar na vanguarda. Entre os contendores, A tecnologia LoRa surgiu como um sistema de comunicação promissor com uma infraestrutura global de IoT. Por meio de sua implementação, LoRa está se posicionando de forma inovadora no cenário da IoT. Este post investiga os fundamentos da tecnologia LoRa, suas vantagens, e sua arquitetura de rede.
Introdução ao LoRa e LPWAN
Você já ouviu falar em LPWAN??
LPWAN (rede de longa distância de baixa potência) é uma Internet das Coisas (IoT) tecnologia de camada de rede que atende aos requisitos de longa distância e baixo consumo de energia da IoT. Possui baixo consumo de energia, transmissão de longo alcance, largura de banda baixa, estrutura de rede simples, e baixo custo operacional. LoRa é uma das tecnologias mais maduras e amplamente utilizadas em LPWAN, ostentando um ecossistema desenvolvido e um mercado em rápido crescimento. Sua taxa de crescimento deve dobrar nos próximos anos.
Quando se trata de tecnologia sem fio em aplicações IoT, existem dois tipos principais: tecnologia sem fio de curto alcance, como Bluetooth, Wi-fi, e ZigBee e tecnologia de rede de área ampla como 2G, 3G, e 4G. Cada tecnologia tem suas próprias vantagens e desvantagens. Antes da LPWAN, escolher entre longo alcance e baixo consumo de energia era inevitável. Com LPWAN, Contudo, este trade-off é equilibrado, permitindo comunicação de longo alcance e consumo de energia ultrabaixo sem a necessidade de repetidores adicionais.
Então, o que exatamente é a tecnologia LoRa?
LoRa é uma das tecnologias principais em tecnologia de comunicação LPWAN. É um esquema de transmissão sem fio de distância ultralonga baseado na tecnologia de espectro de difusão de modulação de frequência. Originalmente lançado pela Cycleo na França, posteriormente foi adquirido pela Semtech em 2012. LoRa aborda distância e consumo de energia, fornecendo aos usuários uma rede de sensores com bateria de longa duração, capacidades de transmissão de longa distância, e rede simples. As bandas de frequência de rede transmitidas por LoRa são basicamente bandas de frequência livres no mundo. Essas bandas de frequência são 433HZ, 868HZ, 915HZ, etc.
Quais são as vantagens do LoRa
- Sensibilidade de recepção aprimorada e consumo de energia reduzido.
A largura de banda do canal de transmissão Lora é 157db, e a distância teórica de transmissão é de até 15km. A corrente de trabalho de Lora é de apenas 10mA e a corrente de espera é de 200na. O consumo de energia de trabalho é muito baixo, o que aumenta muito a vida útil da bateria.
- Gateway LoRa / vários processadores suportam processamento paralelo de alta velocidade de múltiplos canais e múltiplos dados, e a capacidade do sistema é grande.
O gateway atua como uma ponte entre os nós da rede, conectando cada nó a um IP independente através de redes de comunicação. A capacidade de processamento paralelo do gateway permite que ele lide com até 5 milhões de comunicações de rede entre nós todos os dias. Com alta eficiência de transmissão, a taxa de ocupação da rede do gateway LoRa é apenas 10% assumindo 5 milhões de transmissões por dia, com cada tamanho de transmissão sendo 10 bytes. Instalados como acessórios em estações base de comunicação móvel, o gateway LoRa tem uma potência de transmissão de cerca de 20dbm e pode cobrir cerca de 2 km em áreas urbanas densas e até 10 km em áreas de baixa densidade.
- O terminal LoRa e a comunicação do gateway suportam alcance e posicionamento.
LoRa suporta capacidades de alcance e posicionamento entre seu terminal e gateway. LoRa utiliza métodos distintos para medir distância e posição, onde a medição da distância é determinada com base no tempo de transmissão do sinal no ar, e o posicionamento é baseado na diferença de tempo de transmissão do sinal entre vários gateways para um nó. A precisão de posicionamento é de até 3m para distâncias de até 10km.
Qual é a arquitetura de rede do LoRa
A arquitetura de uma rede LoRa normalmente envolve um servidor de aplicativos, um servidor de rede, um portal, e um terminal (incluindo o módulo LoRa). Esta topologia de rede segue uma forma de estrela, onde o gateway atua como um relé de transmissão de sinal conectando equipamentos terminais e servidores de rede. Em termos mais simples, os dispositivos terminais podem transmitir sinais para outros terminais ou servidores através de um ou mais gateways. além disso, esta rede suporta transmissão de dados bidirecional, permitindo uma comunicação eficiente entre ambas as extremidades.
Equipamento terminal LoRa para dispositivos IoT
A tecnologia LoRa serve como uma escolha importante para vários dispositivos IoT, como leituras de medidores inteligentes, rastreadores de envio, gerentes de fazenda, e mais. Esses dispositivos integram módulos LoRa, que se conectam a um gateway LoRa por meio de comunicação sem fio, permitindo a interconectividade entre o servidor e o terminal. A conexão entre o gateway e o servidor ocorre através de Ethernet ou outras redes de comunicação e opera no protocolo TCP/IP.
Baseado na transmissão de dados em LoRa, o equipamento terminal pode ser classificado como Classe A, Classe B, ou Classe C.
classe LoRa UMA equipamento terminal
Depois de enviar uma mensagem, o nó irá abrir uma janela rx1 1 s depois do padrão. A taxa de dados e a frequência da janela de recepção são iguais aos dados do uplink. Se a mensagem é uma mensagem de confirmação e rx1 não recebe o downlink correspondente, o nó irá abrir outra janela de recepção rx2 1 s + 1 s depois de enviar a mensagem, A taxa de dados e o ponto de frequência da janela de recepção têm dados padrão diferentes para diferentes bandas de frequência no protocolo LoRaWAN. A seguir estão as características do equipamento terminal da classe LoRa:
- os quadros são geralmente divididos em transmissão de uplink e transmissão de downlink. A rota de uplink consiste em 1 intervalo de tempo e 2 slots de tempo de downlink (ou janelas).
- o equipamento terminal deve ser organizado pelo equipamento terminal conforme necessário. É determinado aleatoriamente, semelhante ao protocolo ALOHA.
- é o dispositivo terminal Lora com menor consumo de energia.
Equipamento terminal LoRa classe B
A classe B abrirá uma janela de recebimento em intervalos com base na janela de recebimento da classe A. A seguir estão as funções do equipamento terminal Lora classe B:
- além dos dois horários especificados na classe A, tal equipamento terminal usa janelas de recepção adicionais durante o downlink.
- o equipamento de classe B receberá janelas de recepção adicionais para a duração especificada.
- a duração é especificada pelo gateway usando o quadro de beacon.
- portanto, nesse caminho, o sistema Lora indica ao servidor quando o dispositivo terminal pode escutar.
Equipamento terminal LoRa classe C
Com base na aula, uma janela de recebimento, a janela de recebimento da classe C está aberta em todos os momentos, exceto o tempo de envio do nó.
A classe A deve ser implementada por nós que acessam a rede LoRa. Ambas as classes B e C são implementadas adicionando funções baseadas na classe A. A classe B é aplicável ao posicionamento de nós móveis. O nó da classe C é aplicável ao caso em que o comando de controle é emitido ativamente e a fonte de alimentação é suficiente. O protocolo Lorawan 1.1 otimiza a classe B e o acesso à rede. A seguir estão as funções do equipamento terminal LoRa classe C:
- esse equipamento terminal pode ouvir o tempo todo, exceto para o modo de transmissão. Portanto, é muito adequado para aplicações que requerem mais transmissão de downlink.
- terminais classe C LoRa usarão mais energia do que suas contrapartes de classe A e B.
- a latência é a mais baixa entre todos os dispositivos terminais da classe LoRa para comunicação de dados entre servidores e dispositivos terminais.
Cenários de aplicação LoRa
A rede baseada em LoRaWAN pode fornecer distância de transmissão de dados segura e comunicação bidirecional, e cobrir áreas urbanas com a menor infraestrutura de rede. LoRa será amplamente utilizado em uma variedade de cenários de aplicação, como agricultura inteligente, edifícios inteligentes, e logística inteligente.
Agricultura inteligente
Para fazendas, existe um grande mercado para baixo consumo de energia, sensores de longa distância e longa vida. Detectando a temperatura, umidade, concentração de dióxido de carbono, O pH e outros dados obtidos pelo sensor no ambiente de crescimento da cultura são de grande importância para melhorar o rendimento da cultura e reduzir o desperdício de recursos. Esses dados não têm grandes requisitos para atraso de tempo. Lora é a melhor escolha. O sensor pode transmitir os dados coletados para o fundo por meio de Lora, Os agricultores podem julgar se devem pulverizar água e fertilizar de acordo com os dados.
A criação de pastagens tem uma grande demanda por ferramentas de rastreamento de baixa potência e longa distância. Atualmente, o número de gado ou ovelhas pastando nas pastagens é geralmente muito grande. É difícil para os fazendeiros observar a quantidade e a saúde desses animais um por um. Eles podem julgar se os animais que pastam estão dentro do alcance da pastagem por meio do rastreador. Eles podem sentir o batimento cardíaco e a temperatura corporal dos animais por meio do sensor, e transmitir os dados para o segundo plano para processamento centralizado por meio do Lora.
Edifícios inteligentes
Após a conclusão da decoração do edifício, a temperatura, umidade, formaldeído e outro conteúdo de gás prejudicial, detecção de luz e outros dados do edifício são muito importantes para os usuários. O feedback dessas informações é favorável aos usuários’ regular o ambiente interno e fazer com que os usuários tenham um ambiente interno mais saudável e confortável. De um modo geral, o ambiente interno não muda muito. Não há necessidade de obter as informações do ambiente interno em tempo real, e os requisitos de comunicação não são altos. Neste cenário, um gateway doméstico simples pode atender a essas necessidades. Neste cenário, Lora é uma escolha muito boa.
Manufatura automatizada
No ambiente de produção industrial automatizado, um grande número de tecnologias inteligentes são aplicadas, e várias informações e dados são convergidos na rede. Portanto, as características da rede selecionada estão diretamente relacionadas à qualidade de execução do plano de produção. Analisando esses dados, os produtores podem estimar a eficiência da produção e analisar o processo de produção, que pode resolver rapidamente os problemas encontrados na produção. Neste cenário, o custo e a vida útil das ferramentas de transmissão de rede são muito altos, e Lora é uma escolha muito adequada.
Logística inteligente
O escopo geográfico do setor de logística é muito amplo, portanto, a primeira escolha ao escolher uma rede é baixo investimento e longa vida útil. Para ser capaz de rastrear os paletes e determinar a localização e o status das mercadorias, o que a transportadora precisa é que as instalações envolvidas em todo o processo logístico estejam sob a cobertura da rede, portanto, não apenas os nós da rede devem ser econômicos o suficiente para uma instalação em grande escala, mas também tem a flexibilidade de fazê-lo. Pode ser instalado em um veículo de transporte como um gateway móvel. Nesse caminho, a tecnologia NB-IoT que precisa contar com estações base 4G para implantar a rede obviamente não pode atender a esse requisito, e o baixo custo do LoRa, bateria alta, alta mobilidade, e a estabilidade da comunicação durante o movimento de alta velocidade o torna único no campo da logística inteligente. Lidere o caminho.
Na nova onda de desenvolvimento da Internet das Coisas, no campo de redes de longa distância de baixa potência, mercados desenvolvidos já implantaram aplicativos em grande escala, e os participantes domésticos também usaram a sabedoria aberta para promover a implantação em grande escala e implantação de redes LoRa na China. Aplicativo, Acredito que com o aumento das aplicações da indústria, esta rede LoRa de nível de operadora doméstica formada com o conceito de economia compartilhada também se tornará a área central do layout LoRa global.
Atualmente, as duas maiores redes de Internet das Coisas do mundo, NB-IoT e LoRa, estão se desenvolvendo rapidamente. De acordo com estatísticas de departamentos relevantes, mais do que 1,000 Os produtos de aplicação da Internet das Coisas chegaram a várias províncias em todo o mundo. É relatado que 70% das empresas estão buscando ativamente amadurecer, produtos IoT confiáveis e de rápido crescimento. A maioria das empresas compra soluções NB-IoT e LoRa IoT da MOKOLora. As compras incluem gateways LoRa, detectores de fumaça, e água Dezenas de produtos IoT, como monitoramento, detecção infravermelha, posicionamento, tomadas de energia, etc., e o desenvolvimento de produtos NB-IoT e LoRa IoT em nome da empresa, a fim de incluir rapidamente o negócio da Internet das coisas e se classificar entre os líderes da Internet das coisas em cidades de todo o mundo. “O desenvolvimento da Internet das Coisas mundial vê a MOKOLora” situação está gradualmente tomando forma.
ResumosY
Rede de longa distância de baixa potência (LPWAN) é uma parte indispensável da Internet das Coisas. Possui características flexíveis e expansíveis e pode ser grande ou pequena em escala. Isso é necessário para o estágio de crescimento e exploração da indústria da Internet das Coisas. Considerada a tecnologia mais adequada para a Internet das Coisas. LoRa é seguro e confiável, com recursos como autenticação bidirecional, criptografia ponta a ponta, e proteção de integridade. É abrangente e voltado para o futuro em design de segurança, mas a segurança da Internet das Coisas não pode ser ignorada, e a indústria precisa trabalhar junto e continuar a promovê-la.
